大足县酸雨形成分布特征及其对石刻造象的破坏作用

酸雨危害和渗水危害是石刻区普遍存在的两大病害。本文分析论述了大足县境酸雨多年分布特征，降水ＰＨ值与气象要素、大气质量的关系及酸雾的形成条件，并根据多年监测分析资料，论证了造象岩壁主要受酸雨雾影响的各类风化产物可溶盐水化学特征及可溶盐类型的变化规律，总结出酸雨不同作用条件下岩壁风化破坏特点，可作为防酸雨风化治理依据。     

北山典型石窟风化产物化学特征及变化规律──典型窟渗水病害研究之二

为研究北山石窟渗水病害的形成和作用机理，提供化学保护和治水措施设计依据，对三个典型窟进行了系统采样监测。本文着重论述典型窟岩石和风化产物的化学成份和矿物成份，造象岩壁表面风化产物中可溶盐的化学成份特征及可溶盐类型．根据多年雨、早季及浸水带、潮湿带采样分析结果，获得各种化学组份多年变化规律，为探索造象岩壁风化破坏与渗水的关系以及选择化学保护方法提供了可靠的依据．     

敦煌莫高窟北区崖体沿纵深方向风化特征研究

日益严重的风化侵蚀,严重影响了莫高窟围岩的稳定性和壁画的赋存环境,成为威胁洞窟文物安全的严重隐患。为研究莫高窟北区崖体沿纵深方向的风化特征,选取莫高窟北区北侧一处崖体为试验点,采用逐层剖切的方法,沿水平方向由外向里依次取样编号。通过室内颗分试验、现场声波测试、可溶盐测试及X射线衍射测试,分析其变化规律。试验结果表明:地层颗粒组成的差异将影响崖体的抗风化能力;声波波速呈现震荡性的变化趋势;在水平深度0.7 m范围内钠长石含量相对减少,石英含量相对增加;崖体在水平深度0.4~1.0 m范围内可溶盐含量呈现递减特征;可溶盐是影响北区崖体风化的重要因素之一。综合分析各测试结果,认为1号、2号和3号探洞风化厚度分别为1.0 m、0.6 m和0.4 m。崖体风化呈现空间差异性,顶部风化最为严重,底部风化最弱。     

云冈石窟砂岩特性与岩石风化试验

侏罗纪期间河相沉积而成的巨大砂岩透镜体是云冈石窟遗产载体,在目前环境条件下,石窟砂岩风化破坏非常严重。通过现场调查表明,在不同细分层位,砂岩破坏特征与其沉积环境及沉积构造密切相关。进一步对不同风化程度样品进行测试,以此建立起风化评估依据,结果表明,该砂岩化学风化主要体现在胶结物流失、长石蚀变,而次生可溶盐结晶及冻融形成的物理破坏也不应该忽视。通过风化模拟试验可知：酸的溶蚀对石窟岩体表面造成直接破坏;同时,形成的可溶盐将导致砂岩出现由内而外劣化现象;由于岩石的孔隙率低、渗透性较差且胶结密实,岩石抵抗冻融作用相对较强。建议云冈石窟目前保护措施以治水为主,通过减少崖壁表面渗水、洞窟裂隙渗水及底部泥岩泛潮来减少上述劣化作用效应。     

四川仁寿牛角寨石窟盐风化作用机理与气候响应

盐风化作用是石质文物风化劣化的重要机制之一,但其作用机理及其与气候的响应过程仍需进一步的研究。笔者等以仁寿牛角寨石窟的岩芯样品和风化样品为对比研究对象,采用镜下鉴定、X射线荧光光谱（XRF）及X射线衍射（XRD）和电子探针（EPMA）对样品的化学组成和矿物组成进行对比研究,并重点研究了样品中可溶盐的组成及结晶状态。化学组成上,风化样品中SO3平均含量是岩芯样品的16倍以上;矿物组成上,岩芯样品仅在表层0~22 cm中发现微量的石膏,而风化样品中检出了至少17. 5倍高于岩芯的石膏以及微量的Na2SO4和NaCl,这指示石窟砂岩的风化劣化与可溶盐尤其是硫酸盐有关。通过对Na2SO4、NaCl及石膏性质的研究,发现Na2SO4可以响应气候条件发生反复的Na2SO4+10 H2O Na2SO4·10H2O结晶—脱水反应,结晶时体积膨胀416%,特别是在潮湿气候条件下Na2SO4的二次结晶作用可对岩石产生更强的破坏;NaCl的存在可以降低Na2SO4的脱水相变温度（最低可至17. 6℃）和溶解度,放大Na2SO4在岩石风化过程中的作用;CaSO4对岩石风化劣化的贡献较小,但其可作为在风化作用下岩石中可溶盐聚集的指示产物。结合对温度、湿度监测数据的研究,发现每日温度、湿度随时间的变化天然契合Na2SO4—NaCl体系的温度、湿度转变条件。气候条件耦合盐风化作用是牛角寨石窟表层砂岩的主要风化方式。     

压实黄土在溶滤作用下的强度特性

为探究压实黄土Q2在溶滤作用下可溶盐对强度的影响,开展了12种应力组合的溶滤试验,测定了不同溶滤时长的离子浓度、可溶盐量与极限正应力。试验结果表明,各离子浓度、可溶盐量及极限正应力均具阶段性减少的特点。应力组合中,溶滤应力水平s影响离子和可溶盐变化曲线的形式及滞后性, 影响溶盐曲线的平滑度,而最终溶盐残余量与s和 均呈正相关。为衡量不同 时的溶盐溶解差异,定义了平均差异性指标 ,其值与s呈正比。为评价溶滤进程,将各溶滤阶段溶盐相对变化量定义为溶盐比 ,其值小于1%时判定溶滤进程结束。在强度方面,极限正应力 随相对可溶盐量 的减少而减小,s决定弱化初期的剧烈程度,不同围压时 值的差异性随s的增大而减弱。 的这3种弱化特性表明,溶滤变形及强度弱化是可溶盐和应力组合共同作用的结果。最后,建立了考虑可溶盐与应力组合影响的强度弱化公式。     

快速澄清土样可溶盐水浸液的新方法

本文总结了用聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷为絮凝剂使土样可溶盐水浸液迅速澄清的实验和方法。特别是聚丙烯酰胺,使可溶盐分析能够按照不同土质,不同目的对可溶盐水浸时间的要求,按时进行测定,从而提高了可溶盐分析结果的准确性。     

快速澄清土样可溶盐水浸液的新方法

本文总结了用聚丙烯酰胺和聚环氧乙烷为絮凝剂使土样可溶盐水浸液迅速澄清的实验和方法。特别是聚丙烯酰胺,使可溶盐分析能够按照不同土质、不同目的对可溶盐水浸时间的要求,按时进行测定,从而提高了可溶盐分析结果的准确性。 实验部分     

可溶盐对云冈石窟砂岩劣化试验及模型建立

可溶盐富集是造成山西大同云冈石窟砂岩表面风化、结构破坏及强度降低的重要地质病害之一。采取云冈石窟造像层砂岩,使用芒硝对该砂岩进行了劣化模拟试验。在可溶盐反复结晶过程中,对样品进行实时变形监测,并对循环过程中质量衰减、强度变化、孔隙分布等进行测试与分析。结果表明,可溶盐的发育是导致石窟表面粉化脱落的重要因素,严重降低了石窟文物本体的价值;可溶盐结晶导致岩石颗粒间胶结作用破坏,增大岩石孔隙率,岩石内部结构劣化严重影响岩石的刚度与强度等力学参数;对比无水芒硝与10水芒硝两种劣化试验,云冈石窟在相对干燥季节下,可溶盐晶体发育对岩石破坏更为显著。为了预测砂岩长期劣化过程,在试验数据基础上,初步建立起孔隙增长的对数模型和强度衰减的指数模型。     

哈密翼龙骨骼及其蛋（胚胎）化石差异风化原因分析

翼龙骨骼及其蛋与胚胎化石对研究翼龙生殖和胚胎发育方面具有重要意义。在哈密戈壁发现的一件超过200枚翼龙蛋、胚胎和骨骼三位一体保存的哈密翼龙化石标本从极干旱强盐碱的戈壁滩搬运至相对潮湿的环境后,就会发生明显的风化破碎,表现为由外向内逐渐蚕食性风化,富含骨骼/蛋化石的区域风暴岩快速发生崩解,造成化石脱落,不含化石的区域砂岩情况稳定。针对在同一件标本上发生差异风化的现象,本文利用PLM、XRD、MIP、IC、Raman、FTIR、SEM- EDS等多种分析方法,对出现风化的围岩与稳定区域围岩进行对比研究,探寻出现不同风化表现的原因。结果表明,风化区域围岩的黏土矿物（Ca型蒙脱石为主）含量较低,孔隙较大,孔径是稳定区域围岩的7倍以上,可溶盐含量较高,是稳定区域的约36倍,可溶盐种类以极易潮解的CaCl2和Ca(NO3)2·4H2O为主,而稳定区域围岩中可溶盐主要是NaCl和Na2SO4。通过模拟风化实验说明,造成化石标本出现差异风化的原因有以下两点,一是富集翼龙骨骼和蛋（胚胎）区域的风暴岩结构不均一、孔隙较大,结构疏松,内部胶结较弱;二是该化石区域中对温湿度变化敏感的易潮解钙盐含量较高,加之化石与围岩边界不均一性极大,与稳定区域围岩的致密均匀不同,在北京四季温湿度变化下更容易迅速风化。根据风化原因对此类标本的风化治理提出一些初步建议。本研究对发掘出的干旱地区特异埋藏的化石标本的保存及保护具有一定的指导意义。     

龙游石窟岩面水岩作用研究

在龙游石窟砂岩胶结物的粘土矿物类型及特性研究的基础上,对窟内的积水、洞室顶部的裂隙渗水、地表水及衢江水等水样进行化学分析,结果表明石窟砂岩的矿物组成及构造, 决定了洞室渗水的水质,是造成水质不同的主要原因。对石窟洞室砂岩试样分别浸沉在上述水及蒸馏水中,并定期对浸沉水样进行化学分析,研究了石窟砂岩与水的相互作用机理,结果表明:由大气降水入渗而形成的渗透水对石窟的影响主要是渗透过程中发生的水化、溶脱、氧化等反应,从而导致洞室砂岩的矿物组成及构造产生变化,同时也直接影响了渗透水的水质。因此,粘土矿物与水之间有着相互制约,相互影响的作用,但是岩石中所含粘土矿物特性是使砂岩发生风化的主要原因。     

Diagnosis of weathering damage on rock-cut monuments in Petra, Jordan

Studies of many years—combining in situ investigation and laboratory analysis—have provided comprehensive information on weathering damage on the rock-cut monuments in the ancient city of Petra in Jordan. These rock-cut monuments represent outstanding world heritage. Many hundred monuments were carved by the Nabataeans from bedrock about 2000 years ago. The awareness of increasing weathering damage on the monuments has resulted in international efforts towards their preservation. The damage diagnosis has addressed the complex mutual relationships between stone types, stone properties, monument exposure regimes, environmental influences, weathering phenomena, development and extent of weathering damage and weathering progression. The rocks were classified lithostratigraphically and petrographically. Results on weathering forms, weathering profiles and weathering products obtained from monument mapping, in situ measurements and laboratory studies revealed a complex diversity of weathering phemomena with respect to type and intensity. Damage categories and damage indices were used to create a reproducible quantitative rating of weathering damage. Detailed results on weathering forms allowed the characterization and quantification of weathering progression including weathering prognoses. Stone properties and states of weathering damage were jointly considered for the rating of the rocks’ susceptibility to weathering. The systematic evaluation of weathering damage and monument exposure regimes can enhance the assessment of weathering factors and processes.     

岩体渗透结构类型的划分及其渗透特性研究

划分岩体渗透结构类型是水利水电工程地质勘察和渗透性评价的重要内容。从岩体结构的控渗作用出发,分析了控制岩体渗透特征的主要因素,即岩性、断裂构造、风化卸荷作用及岩溶作用;提出了岩体渗透结构类型的划分原则,即考虑岩体的各向异性特征。根据岩体的宏观渗透特征,即渗透介质及主要途径,将岩体渗透结构类型划分为5类:散体状渗透结构、层状渗透结构、带状渗透结构、网络状渗透结构、管道状渗透结构。结合工程实例,给出了小浪底渗透结构为层状及带状、三峡工程坝址区岩体渗透结构为散体状、网格状及带状。     

渤海海域JZ25-1S太古宇潜山储层特征及其油气产能差异控制因素

精细划分变质岩储层类型,并建立不同类型储层与产能间的关系,对变质岩油田高效勘探开发具有重要意义。基于岩心、薄片、物性、常规测井、成像测井以及生产测井资料,深入剖析了渤海海域JZ25-1S油田太古宇潜山储层类型及其测井响应特征,重点探讨了不同类型储层的产能差异。结果表明：研究区主要发育风化壳型储层、内幕碎裂带型储层和内幕裂缝型储层,分别以溶蚀孔缝、破碎砾间孔以及构造裂缝为主要的储集空间类型,不同的储层具有不同的测井响应特征;定义单位厚度油产能大于2 m³/d为高效渗流储层,风化壳型储层与内幕碎裂带型储层为主要的高效渗流储层,内幕裂缝型储层的渗流能力变化较大;储层类型、裂缝密度、裂缝走向与最大主应力夹角等因素共同控制了变质岩储层的产能差异。     

地壳风化系统中的Sr同位素地球化学

近20年来,人们利用Rb－Sr同位素体系对地表－近地表地球化学过程、尤其是水圈－岩石圈之间化学物质的循环进行了广泛而深入的研究。大陆地壳风化物质以及地表径流的Sr同位素组成变化揭示了不同流域盆地的地质背景和风化作用的特征。古海洋的Sr同位素组成变化则是地壳和地幔演化以及不同地质历史时期壳－幔相互作用的共同结果。本文对地壳风化系统Sr同位素地球化学研究的全面而详细的综述表明,Rb－Sr同位素体系仍将是研究地壳风化、水圈－岩石圈之间化学物质循环的重要手段,根据古海水及其化学沉积物的Sr同位素记录研究壳－幔演化和地球圈层演化过程中的物质循环特征以及地表古环境变化将是本研究领域的重点。     

宝顶山石窟岩体风化破坏的作用因素分析

宝顶山石窟石雕风化破坏日趋严重，这是石刻区普遍存在的问题。本文在现场工作及试验研究的基础上，从岩体内部作用因素和外部环境因素两方面，详尽论证岩体风化破坏的形成原因，作为石刻区制定防风化措施的依据。     

软岩渗流-化学-损伤软化过程中能量耗散机制

红层软岩具有遇水软化特性,在降雨条件下渗流、化学、力学损伤等多效应综合作用造成工程地质灾害,是岩土工程界广泛关注的热点和难点问题之一。基于能量耗散原理,研究了软岩软化过程中的渗流、化学、损伤效应,提取了主要的渗流、化学、损伤能量变量,讨论了渗流-化学-损伤效应对软岩软化过程的作用以及能量耗散的机制,结合软岩三轴试验分析了能量耗散过程。结果表明:在渗流-化学-损伤效应共同作用下,水在软岩中形成渗流,渗流的作用加速了软化进程;软岩与渗流之间的化学作用加速了裂隙-孔隙损伤的发展;软岩裂隙-孔隙损伤的发展反过来促进了渗流及化学的作用。从能量角度来看,软岩软化后可承受的极限应变能量减少,渗流提供了能量同时也通过化学效应消耗了软岩自身的能量,降低了强度并引发损伤,因此,软岩软化的过程是一个能量耗散的过程。在此过程中,渗流、化学、力学损伤等能量的涨落及耗散、物质交换、非线性正反馈作用,使得软岩经历从平衡态到非平衡态相变,最终软化破坏形成了耗散结构。     

Geological and geotechnical properties of the medieval rock hewn churches of Lalibela,Northern Ethiopia

Lalibela is a medieval settlement in Northern Ethiopia famous for its 11 beautifully carved rock hewn churches, registered as World Heritage Site in 1978. The rock hewn churches are grouped into three based on their proximity: the Bete Medhane Alem (Church of the Holy Saviour), Bete Gabriel–Rufael (Church of St. Gabriel–Rafael) and Bete Giorgis (Church of St. George) groups. The churches are carved out of a single, massive scoriaceous basalt hill which was deposited along an East–West extending palaeovalley in the Oligo-Miocene Trap basalt of the northwestern Ethiopian plateau.The Rock Mass Rating (RMR) classification scheme was used to classify the rock mass (assuming each church as a separate rock mass) based on their uniaxial compressive strength and the spacing and conditions of discontinuities. Though most of the churches are hewn from medium to high strength rock mass, discontinuities make them vulnerable to other deteriorating agents mainly weathering, and water infiltration. Most of the rock hewn churches are affected by pre-carving cooling joints and bedding plane discontinuities, and by mostly but not necessarily post-carving tectonic and seismic induced cracks and fractures. Material loss due to deep weathering triggered by rain water infiltration and uncontrolled groundwater seepage affects most of the churches, particularly the Bete Merqorios (Church of St. Mark) and Bete Aba Libanos (Church of Father Libanos) churches. The scoriaceous basalt which is porous and permeable allows easy passage of water while the underlying basalt is impermeable, increasing the residence time of water in the porous material, causing deep weathering and subsequent loss of material in some of the churches and adjoining courtyards.     

我国热带亚热带部分地区花岗岩和片麻岩中黑云母风化研究

综合应用Ｘ射线衍射、扫描电镜、透射电镜及偏光显微镜等技术手段研究了我国热带、亚热带部分地区花岗岩和片麻岩中黑云母的风化现象。结果表明，化学风化产物主要有黑云母／蛭石不规则间层矿物、水黑云母、蛭石、０．７ｎｍ埃洛石及铁的氢氧化物（氧化物）等。影响黑云母风化及次生产物形成的主要因素包括黑云母的晶体结构和化学成分、气候、风化壳母岩的矿物成分等。